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装配式住宅构件中再生骨料混凝土的运用

来源:原创论文网 添加时间:2021-04-26

  摘    要: 为促进废弃混凝土建筑垃圾资源化利用,选择Ⅱ类再生骨料,分别以20%、30%和40%比例取代粗骨料,通过系统的配合比设计,确定了再生骨料掺量和生产用配合比,并结合实际工程,通过原材料质量和生产工艺控制,成功应用于装配式住宅用混凝土构件的生产。

  关键词: 再生骨料; 装配式建筑; 配合比; 建筑垃圾; 预制构件;

  Abstract: In order to promote the resource utilization of waste concrete construction waste, class Ⅱ recycled aggregate was selected, and the replacement rates 20%, 30% and 40% of coarse aggregate were used respectively. Through systematic mix proportion design, the content of recycled aggregate and mix proportion for production were determined. Combined with the actual project, the control of raw material quality and production process were carried out to produce the prefabricated components successfully.

  Keyword: Recycled aggregate; Prefabricated building; Mix proportion; Construction waste; Prefabricated Component;、

  0、前言

  随着我国城镇化进程的发展,建筑垃圾废弃量逐年增长,但大部分建筑垃圾未经任何处理,就被运往郊外或城市周边进行简单填埋或露天堆存,不仅浪费了土地资源,还污染了环境。与此同时,建筑行业对砂石骨料的需求量也在不断增长[1]。我国每年浇筑混凝土约15亿~20亿m3,而混凝土中砂石骨料又占总质量的70%以上,用量十分巨大。大量地开采山石、淘挖河砂、掘坑取土等行为不仅会造成水土流失,而且会加速资源的消耗。再生混凝土技术研究和应用现已成为世界各国共同关心的课题,也是国内外工程界和学术界关注的热点和前沿问题之一[2,3]。生产和利用建筑垃圾再生骨料对于节约资源、保护环境和实现建筑业的可持续发展具有重要意义。本文通过选用Ⅱ类再生骨料,以不同比例取代粗骨料,确定再生骨料掺量和生产用配合比,并结合具体原材料质量和生产工艺控制措施,以期应用于实际工程装配式住宅用混凝土构件的生产。
 

装配式住宅构件中再生骨料混凝土的运用
 

  1、 原材料与试验方法

  1.1 、原材料

  水泥:唐山泓泰P·O 42.5级水泥;再生骨料:北京首钢资源综合利用科技有限公司产,纯混凝土建筑垃圾,性能指标见表1,符合GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》中Ⅱ类再生骨料等级要求;砂:北京榆构砂石有限公司产,Ⅱ区中砂,细度模数2.4,含泥量1.9%,泥块含量0;石:北京榆构砂石有限公司产,级配5~25 mm碎石,含泥量0.3%,泥块含量0%,针片状含量4%,压碎值4.3%;粉煤灰:秦皇岛热电厂产,F类Ⅱ级;外加剂:高性能减水剂,减水率30%;水:自来水。

  表1 再生骨料性能指标
表1 再生骨料性能指标

  1.2 、试验

  采用与天然骨料混凝土类似的配合比设计方法,参照JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》、JGJ/T 240—2011《再生骨料应用技术规程》和DB11/T 803—2011《再生混凝土结构设计规程》标准,采用重量法进行配合比设计。

  1.2.1、 试验方法

  根据经验,水胶比分别取0.45、0.42、0.38、0.35、0.32,再生骨料取代率分别取20%、30%、40%,调整用水量,将混凝土坍落度控制在(160±20)mm。进行配合比计算时,用水量为净用水量和附加用水量。再生骨料采用预湿处理时可不考虑附加用水量。本文再生骨料用量为绝干状态下的重量,配制时再生骨料计量可按表格值乘1.033(再生骨料饱和吸水状态)。配合比设计见表2,60℃蒸汽养护8 h。

  表2 试验用配合比设计
表2 试验用配合比设计

  1.2.2 、力学性能测试

  参照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行混凝土拌合物坍落度试验;参照GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行混凝土强度试验,试块尺寸为150 mm×150 mm×150 mm。

  2 、试验结果与分析

  试验结果见表3。由表3可知:(1)不同取代率、不同水胶比的混凝土出机坍落度都控制在(160±20)mm内,且45 min坍落度损失均小于40 mm。同时,混凝土黏聚性和保水性良好,满足构件浇筑要求;(2)较基准配合比,当水胶比大于0.35时,再生骨取代率为20%、30%、40%混凝土的7 d抗压强度有所增加;当水胶比小于0.35时,7 d抗压强度低于基准配合比;(3)不同再生骨料取代率下,当水胶比相同时,再生骨料混凝土抗压强度基本随再生骨料取代率的增加而降低;不同再生骨料取代率混凝土抗压强度随水胶比的变化规律与基准配合比略有不同,当水胶比小于0.38时,随着水胶比的减小,再生骨料混凝土抗压强度增长缓慢;(4)由混凝土工作性测试结果可知,随着取代率的增加,混凝土出机坍落度变小,坍落度损失增加,工作性变差;(5)通过再生骨料混凝土60℃蒸养8 h抗压强度和蒸养转标准养护28 d强度结果可知,本系列配合比方案可满足强度30 MPa以上构件的要求。

  3 、生产工艺控制

  3.1、 配合比

  根据设计图纸及工艺需要,参考配合比试验方案结果,确定生产用配合比。在正式生产前,根据再生骨料混凝土的坍落度要求、砂石含水率等指标对配合比进行调整,最终生产用配合比见表4(水胶比为0.45)。

  3.2、 原材料质量控制

  (1)再生骨料预处理。再生混凝土拌合前,应对再生骨料进行预处理。预处理的方式主要有以下两种:(1)预湿处理;(2)附加水处理。当环境温度在5℃以上时可采用预湿处理。冬季施工不应使用预湿处理。预湿处理提前1 d进行,应确保地面无积水,且再生骨料贮存地面应设置有斜坡。

  表3 混凝土工作性及力学性能
表3 混凝土工作性及力学性能

  表4 生产用配合比
表4 生产用配合比

  (2)根据原材料情况,优化配合比。不同进厂批次原材料应进行试配,验证配合比适用性,将坍落度控制在要求范围之内,保证混凝土和易性。

  3.3 、混凝土质量控制

  (1)根据现场实际情况,考虑砂石含水率,再生骨料预湿程度,计算施工配合比。

  (2)搅拌站严格按计量误差控制原材料计量。

  (3)施工现场应控制混凝土使用时间,以免因再生骨料失水而造成坍落度不满足施工要求。

  (4)应留置混凝土试块进行配合比验证。

  (5)用罐车将混凝土运输到现场后,先搅拌1 min,然后再卸料,以保证其良好的和易性。

  3.4 、浇筑成型

  (1)混凝土通过龙门吊进行布料,混凝土振捣成型时,严格按照浇筑振捣要求进行,确保无再生骨料上浮,导致分层等现象。浇筑完毕,收面时应及时清理混凝土表面杂物。

  (2)由于再生骨料的特殊性(吸水率大),混凝土成型完成后,要进行三次手工压面:(1)粗抹平:刮去多余的混凝土(或填补凹陷),进行粗抹;(2)中抹平:待混凝土收水并开始初凝用铁抹子抹光表面,达到表面平整、光滑;(3)精抹平:在初凝后,使用铁抹子精工抹平,力求表面无抹子痕迹,满足平整度要求。

  3.5、 蒸汽养护

  采用固定模台生产方式,浇筑完毕后覆盖苫布,直接通蒸汽养护。构件按照静停→升温→恒温→降温进行养护,升温速率不大于20℃/h,最高温度不宜超过60℃,同时,降温速率不得大于15℃/h。初次生产的再生混凝土构件,应延长其静停时间至混凝土终凝,观察是否出现收缩或不均匀沉降;静停时应对混凝土表面进行覆盖,避免出现失水开裂。养护时间根据预制构件设计强度等级、脱模强度要求及天气情况、强度增长情况等综合确定。

  3.6 、拆模

  预先关闭蒸汽,以防温差裂缝,待构件表面降至与大气温度相差不大于20℃时方可进行拆模。

  3.7 、存储和码放

  堆放场地应为平整、坚实、排水良好的混凝土地坪。所有与构件表面接触的材料均应有隔离措施,包裹无污染塑料膜。叠层码放时,垫木均应上下对正,每层构件间的垫木或垫块应在同一垂直线上,竖直传力,叠层码放构件应尽可能保持型号规格尺寸一致。垫木应根据构件平起吊环位置设置,且不可放置在构件受力薄弱位置。常见构件码放规定如下:

  挂板:因其外饰面层较薄,聚苯承压受限,故不宜平放。立放应保证其垂直度,防止长时间造成变形。板置于码放钢架中间,与架子立柱对应部位,应使用可调式螺栓或垫木楔子固定顶好,螺栓前端应加垫。底部(码放架底部)亦应放置垫木,并应保持平面接触良好。

  叠合板、楼梯板(休息平台):叠层码放。

  阳台板:叠层码放,注意上下阳台对正。

  楼梯:叠层码放,踢踏面夹角位置应加设垫木,使上部垫木放置平稳,避免楼梯踏步尖角受损。

  3.8 、成品验收

  (1)成品检验需符合DB11/T 968—2013《预制混凝土构件质量检验标准》、DB11/T 1030—2013《装配式混凝土结构工程施工与质量验收规程》及GB50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》的要求,并填写构件质量检验记录。

  (2)应满足外观要求:颜色均匀一致,表面致密、平整、无蜂窝麻面露筋,无缺棱掉角,无流砂和泌水纹,无明显气孔气泡。检验合格后在构件标识处作合格检验标识。

  4 、工程应用

  北京市丰台区榆树庄回迁房项目总建筑面积约43万m2(见图1),工程整体采用剪力墙结构,外围护系统采用预制保温夹芯墙板,主要构件包含预制叠合板、预制空调板、预制阳台板、预制楼梯、预制内墙板、预制外墙板、预制外挂板、预制外墙挂板。其中,使用再生混凝土的预制构件为:预制楼梯、预制空调板、预制外挂板(见图2)。本工程对强度等级为C30的再生混凝土预制楼梯和普通混凝土预制楼梯进行了结构性能对比试验(见图3)。结果表明,采用再生骨料生产的预制楼梯构件,在设计荷载条件下,挠度实测值满足要求,且楼梯未出现裂缝,结构性能试验满足设计要求。

  图1 项目鸟瞰图
图1 项目鸟瞰图

  图2 预制构件实物图
图2 预制构件实物图

  图3 预制楼梯结构性能试验
图3 预制楼梯结构性能试验

  5 、结论

  (1)通过系统的配合比设计和采取合理的生产措施,可生产出强度为30~55 MPa的预制构件用再生骨料混凝土。

  (2)为了保证混凝土结构构件的质量要求,再生骨料的来源应稳定可靠,Ⅱ类再生粗骨料的吸水率较高,与普通石子相比存在差异性,生产中对构件的外观质量有一定影响,不适合生产清水混凝土预制构件。

  (3)本研究项目对再生混凝土在预制混凝土构件中应用提供了配合比设计方法、生产控制技术,为再生混凝土装配式构件的推广使用提供了支撑。

  参考文献

  [1] 李秋义,全洪珠,秦原.混凝土再生骨料[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.
  [2] 吴庆发,古松,罗阳明.再生混凝土板承载能力试验研究[J].混凝土与水泥制品,2017(7):38-42.
  [3] 杨桂新,吴瑾,叶强.再生粗骨料钢筋混凝土梁短期刚度研究[J].土木工程学报,2010(2):55-63

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